风道设计计算方法与步骤(带例题）

　一．风道水力计算方法

　风道的水力计算是在系统和设备布置、风管材料、各送、回风点的位置和风量均已确定的基础上进行的。

　 风道水力计算方法比较多，如假定流速法、压损平均法、静压复得法等。对于低速送风系统大多采用假定流速法和压损平均法，而高速送风系统则采用静压复得法。

　1 ．假定流速法

　 假定流速法也称为比摩阻法。这种方法是以风道内空气流速作为控制因素，先按技术经济要求选定风管的风速，再根据风管的风量确定风管的断面尺寸和阻力。这是低速送风系统目前最常用的一种计算方法。

　2 ．压损平均法

　 压损平均法也称为当量阻力法。这种方法以单位管长压力损失相等为前提。在已知总作用压力的情况下，取最长的环路或压力损失最大的环路，将总的作用压力值按干管长度平均分配给环路的各个部分，再根据各部分的风量和所分配的压力损失值，确定风管的尺寸，并结合各环路间的压力损失的平衡进行调节，以保证各环路间压力损失的差值小于 15%。一般建议的单位长度风管的摩擦压力损失值为 0.8~1.5Pa/m。该方法适用于风机压头已定，以及进行分支管路压损平衡等场合。

　3 ．静压复得法

　 静压复得法的含义是，由于风管分支处风量的出流，使分支前后总风量有所减少，如果分支前后主风道断面变化不大，则风速必然下降。风速降低，则静压增加，利用这部分“复得”的静压来克服下一段主干管道的阻力，以确定管道尺寸，从而保持各分支前的静压都相等，这就是静压复得法。此方法适用于高速空调系统的水力计算。

　二．风道水力计算步骤

　以假定流速法为例：

　 1．确定空调系统风道形式，合理布置风道，并绘制风道系统轴测图，作为水力计算草图。

　 2．在计算草图上进行管段编号，并标注管段的长度和风量。

　 管段长度一般按两管件中心线长度计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度。

　 3．选定系统最不利环路，一般指最远或局部阻力最多的环路。

　 4．选择合理的空气流速。

　 风管内的空气流速可按下表确定。

　表 8-3 空调系统中的空气流速（m/s）

　 5．根据给定风量和选定流速，逐段计算管道断面尺寸，然后根据选定了的风管断面尺寸和风量，计算出风道内实际流速。

　通过矩形风管的风量：G=3600abυ (m3/h)

　式中：a，b—分别为风管断面净宽和净高，m。

　 通过园形风管的风量：G=900πd2υ (m3/h)

　式中：d—为圆形风管内径，m。

　6．计算风管的沿程阻力

　 根据风管的断面尺寸和实际流速，查阅查阅附录 13 或有关设计手册中《风管单位长度沿程压力损失计算表》求出单位长度摩擦阻力损失△py，再根据管长 l，进一步求出管段的摩擦阻力损失。

　7．计算各管段局部阻力

　 按系统中的局部构件形式和实际流速 υ，查阅附录 14 或有关设计手册中《局部阻力系数 ζ 计算表》取得局部阻力系数 ζ 值，再求出局部阻力损失。

　8．计算系统的总阻力，△P=∑（△pyl +△Pj）。

　9．检查并联管路的阻力平衡情况。

　10．根据系统的总风量、总阻力选择风机。、

　三．风道设计计算实例

　 \某公共建筑直流式空调系统，如图所示。风道全部用镀锌钢板制作，表面粗糙度 K=0.15mm。已知消声器阻力为 50Pa，空调箱阻力为 290 Pa，试确定该系统的风道断面尺寸及所需风机压头。

　图中：A.孔板送风口 600×600；B.风量调节阀；C.消声器；D.防火调节法；E.空调器；F.进风格栅 [解 1．绘制系统轴测图，并對各管段进行编号，标注管段长度和风量。

　2．选定最不利环路，逐段计算沿程压力损失和局部压力损失。本系统选定管段 1—2—3—4—5—6 为最不利环路。

　3．列出管道水力计算表 8-4，并将各管段流量和长度按编号顺序填入计算表中。

　4．分段进行管道水力计算,并将结果均列入计算表 8-4 中。

　管段 1—2：风量 1500m3/h，管段长 l=9m

　沿程压力损失计算：初选水平支管空气流速为 4m/s，风道断面面积为：

　 F’=1500/(3600×4)=0.104m2

　取矩形断面为 320×320mm 的标准风管，则实际断面积 F=0.102m2，实际流速

　υ=1500/（3600×0.102）=4.08m/s 根据流速 4.08m/s，查附录 13，得到单位长度摩擦阻力△py=0.7Pa/m,则管段 1—2 的沿程阻力：

　△Py=△py×l=0.7×9=6.3Pa

　局部压力损失计算：该管段存在局部阻力的部件有孔板送风口、连接孔板的渐扩管、多叶调节阀、弯头、渐缩管及直三通管。

　孔板送风口：已知孔板面积为 600×600mm，开孔率（即净孔面积比）为 0.3，则孔板面风速为

　υ=1500/（3600×0.6×0.6）=1.16m/s 根据面风速 1.16m/s 和开孔率0.3，查附录 14 序号 35，得孔板局部阻力系数 ζ=13，故孔板的局部阻力

　 △pj1=13×(1.2×1.162)/2=10.5Pa 渐扩管：渐扩管的扩张角 α=22.5°，查附录 14 序号 4，得 ζ=0.6，渐扩管的局部阻力

　△pj2=0.9×(1.2×4.082)/2=5.99Pa 多叶调节阀：根据三叶片及全开

　度，查附录 14 序号 34，得 ζ=0.25，多叶调节阀的局部阻力

　△pj3=0.25×(1.2×4.082)/2=2.5Pa 弯头：根据 α=90°，R/b=1.0，查附录 14 序号 9，得 ζ=0.23，弯头的局部阻力

　△pj4=0.23×(1.2×4.082)/2=2.3Pa 渐缩管：渐缩管的扩张角α=30°<45°,查附录 14 序号 7，得 ζ=0.1，渐缩管的局部阻力

　△pj5=0.1×(1.2×4.082)/2=1Pa 直三通管：根据直三通管的支管断面与干管断面之比为 0.64，支管风量与总风量之比为 0.5，查附录 14 序号19，得 ζ=0.1，则直三通管的局部阻力

　△Pj6=0.1×(1.2×5.22)/2=1.6Pa （取三通入口处流速）

　 该管段局部阻力：△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4+△pj5 +△Pj6

　 =10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6

　 =23.89Pa 该管段总阻力

　△P1-2=△Py+△Pj=6.3+23.89=30.19Pa

　 管段 2—3 ：风量 3000m3/h，管段长 l=5m，初选风速为 5m/s。

　沿程压力损失计算：

　根据假定流速法及标准化管径，求得风管断面尺寸为 320×500mm，实际流速为 5.2m/s，查得单位长度摩擦阻力△py=0.8Pa/m,则管段 2—3 的沿程阻力

　△Py=△py×l=0.8×5=4.0Pa

　局部压力损失计算：

　分叉三通：根据支管断面与总管断面之比为 0.8，查附录 14 序号 21，得ζ=0.28，则分叉三通管的局部阻力

　△Pj =0.28×(1.2×6.252)/2= 6.6Pa. （取总流流速）

　 该管段总阻力

　△P2-3=△Py+△Pj=4.0+6.6=10.6Pa

　 管段 3—4：风量 4500m3/h，管段长 l=9m，初选风速为 6m/s。

　沿程压力损失计算：

　 根据假定流速法及标准化管径，求得风管断面尺寸为 400×500mm，实际流速为 6.25m/s，查得单位长度摩擦阻力△py=0.96Pa/m,则管段 3—4的沿程阻力

　△Py=△py×l=0.96×9=8.64Pa 局部压力损失计算：该管段存在局部

　阻力的部件有消声器、弯头、风量调节阀、软接头以及渐扩管。

　消声器：消声器的局部阻力给定为 50Pa，即

　△pj1= 50.0Pa

　弯头：根据 α=90°，R/b=1.0，a/b=0.8,查附录 14 序号 10，得 ζ=0.2，弯头的局部阻力

　△pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa

　风量调节阀：根据三叶片及全开度，查附录 14 序号 34，得 ζ=0.25，风量调节阀的局部阻力

　△pj3=0.25×(1.2×6.252)/2=5.9Pa 软接头：因管径不变且很短，局部阻力忽略不计。

　 渐扩管：初选风机 4—72—11NO4.5A，出口断面尺寸为 315×360mm，故渐扩管为 315×360mm~400×500mm，长度取为 360mm，渐扩管的中心角 α=22°，大小头断面之比为 1.76 查附录 14 序号 3，得 ζ=0.15，对应小头流速

　υ=4500/（3600×0.315×0.36）=11m/s

　渐扩管的局部阻力

　 △pj4=0.15×(1.2×112)/2=10.9Pa

　该管段局部阻力

　△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4

　 =50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa

　该管段总阻力

　△P3-4=△Py+△Pj=8.64+71.5=80.14Pa 管段 4—5：

　空调箱及其出口渐缩管合为一个局部阻力考虑，△Pj=290 Pa

　该管段总阻力

　△P4-5=△Pj=290Pa

　 管段 5—6：风量 4500m3/h，管段长 l=6m，初选风速为 6m/s。

　沿程压力损失计算：

　根据假定流速法及标准化管径，求得风管断面尺寸为 400×500mm，实际流速为 6.25m/s，查得单位长度摩擦阻力△py=0.96Pa/m,则管段 5—6的沿程阻力

　△Py=△py×l=0.96×6=5.76Pa

　局部压力损失计算：该管段存在局部阻力的部件有突然扩大、弯头（两

　个）、渐缩管以及进风格栅。

　突然扩大：新风管入口与空调箱面积之比取为 0.2，查附录 14 序号5，，得 ζ=0.64，突然扩大的局部阻力

　△pj1=0.64×(1.2×6.252)/2=15.1Pa 弯头(两个)：

　根据 α=90°，R/b=1.0，a/b=0.8,查附录 14 序号 10，得 ζ=0.20，弯头的局部阻力

　△pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa

　 2△pj2=4.7×2=9.4 Pa

　渐缩管：断面从 630×500mm 单面收缩至 400×500mm，取 α=<45°,查附录 14 序号 7，得 ζ=0.1，对应小头流速

　υ=6.25m/s 渐缩管的局部阻力

　△pj3=0.1×(1.2×6.252)/2=2.36Pa

　进风格栅：进风格栅为固定百叶格栅，外形尺寸为 630×500mm，有效通风面积系数为 0.8，则固定百叶格栅有效通风面积为

　0.63×0.5×0.8=0.252m2

　其迎面风速为

　4500/（3600×0.252）=5 m/s

　查附录 14 序号 30，得 ζ=0.9，对应面风速，固定百叶格栅的局部阻力

　△p4=0.9×(1.2×52)/2=13.5Pa

　该管段局部阻力

　 △Pj=△pj1+2△pj2+△pj3+△pj4

　 =15.1+9.4+2.36+13.5 =40.36Pa

　该管段总阻力

　△P5-6=△Py+△Pj=5.76+40.36=46.12Pa5．检查并联管路的阻力平衡

　 用同样的方法，进行并联管段 7—3、8—2 的水力计算，并将结果列入表 8-4 中。

　 管段 7—3：

　：

　 沿程压力损失 △Py=9.1 Pa

　局部压力损失

　△Pj=28.9 Pa

　该管段总阻力

　 △P7-3=△Py+△Pj=9.1+28.9=38Pa

　 管段 8—2 ：沿程压力损失

　 △Py=1.4 Pa

　 局部压力损失

　 △Pj=25.8 Pa

　该管段总阻力

　 △P8-2=△Py+△Pj=1.4+25.8=27.2Pa 检查并联管路的阻力平衡：

　管段 1—2 的总阻力△P1-2=30.19Pa

　管段 8—2 的总阻力△P8-2=27.2Pa

　 （△P1-2-△P8-2）/△P1-2=（30.19-27.2）/30.19=9.9%<15%

　管段 1—2—3 的总阻力△P1-2-3=△P1-2+△P2-3=30.19+10.6=40.79 Pa

　管段 7—3 的总阻力△P7-3=38Pa

　 （△P1-2-3-△P7-3）/△P1-2-3=（40.79-38）/40.79=6.8%<15%

　检查结果表明，两个并联管路的阻力平衡都满足设计要求。如果不满足要求的话，可以通过调整管径的方法使之达到平衡要求。

　5．计算最不利环路阻力 △P=△P1-2+△P2-3+△P3-4+△P4-5 +△P5-6

　 =30.19+10.6+80.14+290+46.12

　 =457.05 Pa

　本系统所需风机的压头应能克服 457.05Pa 阻力。8-4 管道水力计算表

　 四．风道压力损失估算法

　对于一般的空调系统，风道压力损失值可按下式估算

　△P=△pyl（1+k）+∑△ps (Pa)

　式中 △py—单位管长沿程压力损失，即单位管长摩擦阻力损失，Pa/ m。

　 l—最不利环路总长度，即到最远送风口的送风管总长度加上到最远回风口的回风管总长度，m。

　 k—局部压力损失与沿程压力损失之比值：

　 弯头、三通等局部管件比较少时，取 k =1.0~1.2；

　 弯头、三通等局部管件比较多时，可取到 k =3.0~5.0。

　 ∑△ps—考虑到空气通过过滤器、喷水室（或表冷器）、加热器等空调

　装置的压力损失之和。

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